Linux互斥锁的使用代码实现

本文通过两个线程交替修改全局变量的例子演示了如何使用互斥锁来保护临界区,防止数据竞争,展示了互斥锁开启和关闭时程序的不同行为。


#include <stdio.h>
#include <pthread.h>
#include <sched.h>
#include <unistd.h>

//对临界区的保护问题

void *fun1(void *arg);
void *fun2(void *arg);

int buffer = 0;
pthread_mutex_t mutex;
int running = 1;

int main(void )
{
    pthread_t pt1;
    pthread_t pt2;

    pthread_mutex_init(&mutex,NULL);

    pthread_create(&pt1,NULL,fun1,(void*)&running);
    pthread_create(&pt2,NULL,fun2,(void*)&running);

    usleep(1000);
    running=0;
    pthread_join(pt1,NULL);
    pthread_join(pt2,NULL);
    pthread_mutex_destroy(&mutex);
    return 0;
}

void *fun1(void *arg)
{
    while(*(int *)arg)
    {
        //pthread_mutex_lock(&mutex);
	pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("in fun1 before add , buffer is : %d\n",buffer);
        usleep(2);
        buffer++;
        printf("in fun1 after sleep and add one ,now buffer is %d \n",buffer);
        //pthread_mutex_unlock(&mutex);
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(2);
    }
}

void *fun2(void *arg)
{
    while(*(int *)arg)
    {
        //pthread_mutex_lock(&mutex);
	pthread_mutex_lock(&mutex);
        printf("in fun2 before add , buffer is : %d\n",buffer);
        usleep(2);
        buffer++;
        printf("in fun2 after sleep and add one ,now buffer is %d \n",buffer);
        //pthread_mutex_unlock(&mutex);
	pthread_mutex_unlock(&mutex);
        usleep(2);
    }

}



注释互斥锁前的运行结果:


注释互斥锁后的运行结果:





Linux 互斥锁主要是通过内核中的 mutex API 实现的。下面是一个简单的互斥锁示例代码: ``` #include <pthread.h> #include <stdio.h> pthread_mutex_t mutex; void *thread_func(void *arg) { pthread_mutex_lock(&mutex); // 加锁 printf("Thread %d is in critical section\n", *((int*)arg)); pthread_mutex_unlock(&mutex); // 解锁 return NULL; } int main() { pthread_t tid[2]; int thread_num[2] = {1, 2}; pthread_mutex_init(&mutex, NULL); // 初始化互斥锁 pthread_create(&tid[0], NULL, thread_func, &thread_num[0]); pthread_create(&tid[1], NULL, thread_func, &thread_num[1]); pthread_join(tid[0], NULL); pthread_join(tid[1], NULL); pthread_mutex_destroy(&mutex); // 销毁互斥锁 return 0; } ``` 在该示例中,我们首先使用 `pthread_mutex_init()` 初始化互斥锁并创建两个线程。线程函数 `thread_func()` 中,通过 `pthread_mutex_lock()` 和 `pthread_mutex_unlock()` 来进行锁的加解锁操作。 下面是互斥锁的源代码分析: 互斥锁的数据结构定义如下: ``` typedef struct { int count; int owner; struct futex q; } mutex_t; ``` 其中,`count` 表示锁的计数,`owner` 表示当前持有锁的线程 ID,`q` 表示等待队列。 下面是互斥锁的加锁操作 `mutex_lock()` 的源代码: ``` void mutex_lock(mutex_t *lock) { if (atomic_inc_return(&lock->count) == 1) { lock->owner = current_thread_id(); return; } if (lock->owner == current_thread_id()) return; futex_down(&lock->q, lock->count, current_thread_id()); lock->owner = current_thread_id(); } ``` 在该函数中,我们首先通过原子加操作 `atomic_inc_return()` 来将 `lock->count` 加 1,并判断锁是否已经被占用。如果是第一个线程获取锁,那么直接将 `lock->owner` 设置为当前线程 ID 并返回,否则则将当前线程加入到等待队列中并阻塞。 下面是互斥锁的解锁操作 `mutex_unlock()` 的源代码: ``` void mutex_unlock(mutex_t *lock) { if (!atomic_dec_return(&lock->count)) { lock->owner = 0; futex_up(&lock->q, 1); } } ``` 在该函数中,我们首先通过原子减操作 `atomic_dec_return()` 将 `lock->count` 减 1,并判断是否为 0。如果为 0,则将 `lock->owner` 设置为 0 并唤醒等待队列中的一个线程。 综上所述,Linux 互斥锁主要是通过内核中的 mutex API 实现的。在加锁操作中,通过原子操作对计数进行加一,并根据计数判断是否需要将当前线程加入到等待队列中;在解锁操作中,通过原子操作对计数进行减一,并根据计数判断是否需要唤醒等待队列中的一个线程。
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